2.4 自由落体运动 教学设计-2026-2027学年高一上学期物理粤教版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦自由落体运动，通过牛顿管示意图对比实验导入，承接匀变速直线运动规律，搭建运动学与航天工程的联系，作为学习支架梳理知识脉络。 特色在于依托四张教材配图，采用控制变量演示实验、频闪定量分析等方法，通过牛顿管实验培养科学思维，频闪照片验证提升科学探究能力，微重力落塔应用渗透科学态度与责任，助力教师高效教学，提升学生物理观念与理性思辨能力。

教学设计 课程名称 自由落体运动 选用教材 高中物理粤教版必修一 教学章节 第二章第四节 授课对象 高一学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节是匀变速直线运动典型实例课，承接匀变速规律、纸带实验、逐差法知识，依托牛顿管实物示意图、自由落体频闪照片、各地重力加速度数据表、中科院微重力落塔实景图四张教材配图，分为四大板块。第一板块借助牛顿管对比实验，区分有空气、半真空、完全真空三种环境下轻重物体下落快慢，得出空气阻力是下落快慢差异的根源，抽象自由落体运动定义；第二板块利用自由落体频闪照片，结合匀变速位移差恒定规律，验证自由落体是初速度为零的匀加速直线运动，引入重力加速度；第三板块通过重力加速度数据表归纳纬度越高重力加速度越大的分布规律，给出常规计算取值；第四板块结合我国微重力落塔工程实例，拓展自由落体在航天科研中的应用，将匀变速全部公式适配自由落体（初速度为零、加速度替换为 g）。本节课把抽象匀变速规律落地到日常下落运动，兼顾演示实验、定量频闪分析、数据归纳、工程应用，搭建运动学与航天工程的联系。 二、学情分析 1. 知识储备 学生已经掌握匀变速直线运动速度、位移公式、位移差推论、纸带逐差测加速度、v-t 图像斜率含义；具备基础频闪照片刻度读数、分段位移计算能力；生活中存在重物体下落更快的直观经验，但未区分重力、空气阻力两个影响因素；不知道自由落体专属重力加速度，不了解重力加速度随纬度变化的规律，缺少真空环境下落的实验认知。 2. 能力现状 学生具备牛顿管、频闪照片、数据表格、落塔实景图基础读图能力，但对比三种真空度下物体下落现象、归纳阻力影响的对比归纳能力薄弱；读取频闪照片分段位移、利用位移差验证匀变速的定量分析能力不足；从表格纬度、重力加速度数据提炼变化规律的数据归纳能力偏弱；结合航天落塔工程分析自由落体科研价值的应用拓展能力不足。 3. 思维认知痛点 学生存在根深蒂固的生活化误区：质量越大的物体下落一定更快，忽略空气阻力干扰；认为所有地点重力加速度数值完全相同；混淆普通匀变速、自由落体公式，忘记自由落体初速度为零；不理解微重力落塔依靠长时间自由下落模拟太空环境的原理。 三、教学目标 1. 物理观念 建立自由落体完整观念：只受重力、由静止释放的直线运动为自由落体运动，空气阻力不可忽略时不属于自由落体；自由落体是初速度为零的匀加速直线运动，加速度为重力加速度 g；同一地点所有物体 g 大小一致，纬度越高 g 数值越大，常规计算可取 9.8 或 10；匀变速全部公式可直接用于自由落体，仅初速度取 0、加速度替换为 g。 2. 科学思维 依托牛顿管示意图建立控制变量对比实验思维；借助自由落体频闪照片建立匀变速规律迁移验证思维；利用重力加速度数据表建立数据规律归纳思维；结合微重力落塔实景图建立物理工程应用建模思维，四类思维同步训练。 3. 科学探究 读懂牛顿管装置图，观察三种真空度下轻重物体下落现象，归纳空气阻力的影响；解读自由落体频闪照片，测量连续相等时间位移，用位移差规律证明自由落体属于匀变速；分析重力加速度数据表，总结纬度与 g 的变化关系；结合微重力落塔图文，梳理自由落体在航天模拟实验中的应用；完整经历 “牛顿管对比演示 — 频闪照片定量验证 — 重力加速度数据归纳 — 航天工程拓展应用” 探究流程。 4. 科学态度与责任 牛顿管实验采用控制变量法逐步抽走空气，体现物理实验通过隔离干扰因素探寻本质的严谨思路；我国自主建成世界第二座百米微重力落塔，打破国外设备垄断，激发科技自信与爱国情怀；自由落体规律广泛用于航天、建筑、车辆制动测算，基础运动学支撑高端科研与民生工程；克服 “重物下落更快” 的直观错觉，学会透过表面现象抓住重力运动本质，培养理性思辨习惯。 四、教学重难点 重点 自由落体运动定义、产生条件；牛顿管实验得出阻力影响下落快慢 重力加速度含义、纬度分布规律；自由落体适配匀变速公式（初速度为零） 难点 破除重物下落更快的前概念，理解真空环境轻重物体同步下落 结合频闪照片，运用匀变速位移差规律定量证明自由落体是匀加速运动 五、教学方法 控制变量演示实验法：牛顿管示意图分组对比三种真空度下落现象； 频闪定量分析法：自由落体频闪照片读取分段位移，验证匀变速特征； 数据表格归纳法：各地重力加速度数据表提炼纬度变化规律； 工程情境拓展法：微重力落塔实景图讲解自由落体航天应用； 小组思辨讨论法：分组辨析重物下落快慢误区、重力加速度相关判断。 六、教学资源 粤教版高中物理必修第一册课本；牛顿管内物体下落装置图、自由落体频闪照片、各地重力加速度数据表、中科院微重力落塔实景图四张教材配图；自由落体概念填空任务单；频闪照片位移计算课堂练习题；微重力航天实验科普拓展资料。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 匀变速直线运动旧知回顾，牛顿管示意图导入对比实验（7 分钟） · 带领学生回顾：初速度为零、加速度恒定的直线运动为初速度零匀变速，位移差恒定、v-t 图像倾斜；本节课研究只受重力的下落运动，通过牛顿管实验破除生活中重物下落更快的固有认知。 · 展示牛顿管内物体下落示意图 · 抛出观察思考问题：管内有空气、抽走部分空气、近似真空三种状态，金属片与羽毛下落快慢分别是什么样，造成差异的核心因素是什么？ · 组织两分钟同桌交流，巡回收集学生误区，绝大多数学生认为金属片一定始终下落更快。 · 梳理认知局限：空气阻力对羽毛影响极大，管内空气越少，二者快慢差距越小；完全真空时无阻力，轻重物体同步下落，由此定义自由落体运动。 · 回顾初速度为零匀变速、位移差推论旧知识，记录本节课四大板块：牛顿管对比实验、频闪照片定量验证、重力加速度规律、微重力落塔航天应用。 · 观看牛顿管装置图，同桌互相猜想三种空气环境下金属片、羽毛的下落差异，标记疑问：真空时羽毛为何和金属同步下落。 · 跟随教师纠正重物下落更快的误区，预判空气阻力是干扰下落快慢的关键变量。 环节二 牛顿管实验总结定义，自由落体频闪照片图解匀变速验证（13 分钟） · 完整总结牛顿管实验结论：有空气时金属远快于羽毛；半真空差距缩小；完全真空二者同步落地；仅重力作用、静止释放的下落运动叫自由落体，有空气阻力的日常下落不属于理想自由落体。 · 过渡铺垫：真空自由落体是否为匀变速直线运动，借助频闪照片定量验证，展示自由落体频闪照片 · 讲解频闪固定时间间隔曝光，相邻点为相等运动时长。 · 布置四人小组三分钟讨论任务：读取照片连续几段位移，计算相邻位移差值，观察差值是否近似相等，以此判断自由落体运动类型，小组整理结论推选代表发言。 · 汇总小组发言：相邻相等时间位移差恒定，证明自由落体是初速度为零的匀加速直线运动，这个恒定加速度命名为重力加速度 g；过渡铺垫，结合数据表探究 g 的分布规律。 观看牛顿管示意图，完整抄写自由落体运动产生条件，自主区分日常下落与理想自由落体的区别。 观看自由落体频闪照片，四人小组测量分段位移、计算位移差，直观验证匀变速特征，记住自由落体初速度为零。 理顺逻辑：牛顿管定性实验得出运动条件，频闪照片定量实验证明匀变速属性。 环节三 重力加速度数据表图解，归纳纬度变化规律（12 分钟） 展示一些城市或地区的重力加速度数据表 引导学生横向对比纬度、g 数值：赤道纬度最低 g 最小，北极纬度最高 g 最大，同一地点所有物体重力加速度完全相同。 给出常用计算取值：粗略计算取 10，常规精确计算取 9.8；说明自由落体直接套用匀变速公式，初速度取 0、加速度替换为 g。 两分钟同桌思辨讨论：同一楼层羽毛与铁球同时静止释放，实际落地不同时，是否属于自由落体，为什么？ 整合结论：日常存在空气阻力，不是理想自由落体；只有真空环境下落才严格满足自由落体条件。 过渡铺垫：自由落体不只是课堂实验，我国大型航天科研设备依靠长时间自由下落模拟太空微重力，展示微重力落塔实景图。 观看重力加速度数据表，自主归纳纬度越高重力加速度越大的规律，记住两类计算取值。 同桌辨析日常下落不属于自由落体的原因，熟练掌握自由落体公式简化规则（初速度为 0）。 环节四 微重力落塔实景图拓展 + 分层习题复盘（10 分钟） 展示中科院微重力落塔实景图 讲解设备参数：我国自主建造，高度 116 米，依靠长时间自由下落模拟太空无阻力微重力环境，用于航天材料、燃烧实验预研，是世界第二座同类高塔。 完整梳理本节课三层主线：牛顿管对比实验确定自由落体条件→频闪照片证明是初速度为零匀变速→重力加速度分布规律 + 航天落塔工程应用。 出示四道分层课堂思考题： ① 简述牛顿管三种空气状态下的下落现象，自由落体运动满足什么条件？ ② 如何利用频闪照片证明自由落体是匀变速直线运动？ ③ 重力加速度随纬度如何变化，计算常用取值是多少？ ④ 我国微重力落塔依靠什么物理原理开展航天模拟实验？ 带领学生复盘四张配图核心：牛顿管装置图掌握阻力对比实验；自由落体频闪照片学会位移差定量验证；重力加速度数据表归纳纬度规律；微重力落塔图理解自由落体航天应用。 逐条板书梳理三类典型误区：重物一定下落更快、各地重力加速度数值相等、日常物体下落属于自由落体，逐条纠正。 布置分层课后作业：基础作业抄写自由落体定义、重力加速度规律；提升作业独立完成四道思考题；拓展作业查阅微重力落塔航天实验相关资料。 · 观看微重力落塔实景图，理解长时间自由下落模拟太空微重力的原理，感受国内自主科研设备的成就。 · 独立完成四道分层思考题，对照四张配图自查错题，标记模糊实验、数据知识点。 · 在课本记录三类认知误区，标注纠正要点。 · 分层完成课后任务，区分概念识记、简答、科普拓展三类作业。 环节五 课堂收尾 回扣开篇牛顿管装置图总结：本节课通过控制变量牛顿管实验明确自由落体运动条件，借助频闪照片定量验证自由落体是初速度为零的匀加速直线运动，归纳重力加速度随纬度变化的规律，结合国产微重力落塔了解自由落体在航天科研中的高端应用。下一节开启相互作用力章节，进入力的板块学习。 · 完整回顾本节课全部内容：牛顿管对比实验、自由落体匀变速验证、重力加速度规律、微重力落塔航天应用，记住四张教材配图完整探究主线，完善匀变速典型运动知识框架。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托牛顿管内物体下落装置图、自由落体频闪照片、各地重力加速度数据表、中科院微重力落塔实景图四组素材，沿着对比实验、定量验证、数据归纳、航天应用脉络落实育人目标。牛顿管实验逐步抽走空气隔离阻力干扰，体现物理研究控制变量、剥离表象探寻本质的严谨科研思维；破除 “重物下落更快” 的生活直觉，教会学生不依靠直观感受、以定量实验结论为依据理性分析问题；重力加速度随纬度变化的数据规律，说明物理常量受客观环境影响，尊重测量客观数据；我国自主建成百米微重力落塔，打破国外同类设备垄断，支撑我国航天预研项目，展现我国基础物理工程设备自主研发实力，增强科技自信与爱国情怀；自由落体基础规律是航天微重力实验的理论根基，体现中学基础物理是高端航天科研的底层支撑，激发学生学好物理助力科技发展的使命感。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课四类配图直观易懂，小组频闪位移差讨论参与度较高，但学生存在三类顽固认知误区，理解存在薄弱点：绝大多数学生仍默认质量大的物体下落更快，无法彻底摆脱生活直觉；分不清日常下落、理想自由落体的区别；记不住重力加速度随纬度升高而增大的变化规律；同时部分学生读取频闪照片分段位移、计算位移差定量验证匀变速的定量分析能力偏弱。 2. 修改措施 课前印发预习填空单，标注三大易错点：真空轻重同步下落、日常下落存在阻力、纬度越高 g 越大；课堂四轮抢答快速纠正直观误区；延长四人小组四张配图辨析讨论时长，帮扶定量实验分析薄弱学生，整理牛顿管、频闪照片对比清单；课后分层作业夯实概念、简答、航天拓展；下一章课前两分钟复盘自由落体核心条件、匀变速特征，衔接相互作用力新课，完善运动学知识体系。 学科网（北京）股份有限公司 $